Виды компьютерной графики. Понятие растровой графики
план-конспект по информатике и икт на тему

ГАПОУ СО «Вольский медицинский колледж им.З.И.Маресевой»

Дисциплина «ИНФОРМАТИКА»

Специальность «34.02.01- Сестринское дело»

2 семестр, Лекция № 15

Тема лекции  «Виды компьютерной графики. Понятие растровой графики»

Цели лекции:

 Образовательные:

• Познакомить студентов  со сферами применения компьютерной графики;
• дать представление о типах компьютерных изображений 
• студенты должны овладеть новыми знаниями о возможностях растровой и векторной компьютерной графики, понять различия растрового и векторного способов представления графической информации.
• организовать деятельность студентов для закрепления знаний по теме «Растровые изображения на экране монитора. Палитра цветов»; помочь обучающимся целостно представить проект изучения новой темы, объяснить значимость данной темы, показать возможности ее практического применения.

Обучающие:

• Способствовать формированию представлений о растровой графике, растровых редакторах и форматах; векторной графики.
• Показать различные виды кодирования.
• Выявить преимущества двоичного кодирования информации.

Развивающие:

• Продолжить развивать умение студентов высказываться на заданную тему, сопоставлять, анализировать, логически мыслить.
• Способствовать развитию логического мышления, создать условия для развития у студентов  умения структурировать информацию, выделять главное.

Воспитательные:

• Активизировать у студентов  формирование познавательной потребности, интереса к предмету.
• Воспитывать интерес к предмету, воспитывать уважительное отношение к  своим одноклассникам, аккуратность и дисциплинированность.
• Продолжить воспитание у учащихся доброжелательного отношения друг к другу

Тип урока: изучения новых знаний;

Лекция информационная – передача определенной информации, освоение нового материала

Материально-техническое обеспечение лекции мультимедийная техника, компьютеры

Учебно-методическое оснащение лекции: рабочая программа, технологическая карта лекционного занятия, конспект лекции.

Структура лекционного занятия:

1. Организационный момент (3 минуты).
2. Актуализация базовых знаний (5 минуты).
3. Изложение нового материала (35 минут)
4. Перемена –(5 минут)
5. Изложение нового материала (25 минут)
6. Закрепление изученного материала (10 минут)
7. Подведение итогов урока. Рефлексия (4 минуты).
8. Домашнее задание. (2 минуты)

Лекционное занятие разработано на основе рабочей программы по  учебной дисциплине «Информатика», разработанной в соответствии с требованиями ФГОС среднего (полного) общего образования. Приказ Министерства образования и науки РФ от 17.05.2012г. № 413 «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта среднего общего образования» с изменениями и дополнениями от 29.12.2014г.

Содержание лекции направлено на формирование УУД,  т. е. способность студента к саморазвитию и самосовершенствованию путём сознательного и активного присвоения нового социального опыта.

1. Организационный момент, Проверка готовности к уроку

Урок начинается с приветствия студентов. Затем преподаватель отмечает присутствующих в группе.

2. Актуализация базовых знаний.

Преподаватель старается подвести студентов к новой теме, задает несложные вопросы.

Одним из первых умений, которое приобретает человек в своей жизни, порой ещё даже не научившись говорить, является умение рисовать. Мы рисуем на бумаге, на асфальте, на холсте, на доске. Но в последнее время желающих рисовать всё больше привлекает компьютер.

-Как вы думаете, почему?

Конечно. Мир компьютерной графики необъятен. Это и несколько миллионов цветов в палитре, это и возможность “оживить” картинку, это и различные эффекты, применить которые на обычной бумаге достаточно сложно или невозможно вообще. На компьютере можно дополнить понравившуюся картину великого художника своими персонажами, да ещё и заставить их двигаться. И всё это можно сделать, не имея специального образования!..

-Мы с вами уже немного говорили о графической информации. В каких программах вы уже работали и создавали рисунки? (Paint, MS WORD)

- Как вы думаете, делятся ли компьютерные изображения на различные типы или все они формируются одинаково?

Межпредметные связи –

литература – художественное оформление литературных произведений,

математика – кодирование информации – числовые счисления.

биология – рисунки строение клеток

анатомия – анатомические рисунки строения человека

3.Изложение нового материала.

Преподаватель поясняет тему нового урока, цель работы. Затем преподаватель приступает к объяснению новой темы.

Все вы хоть раз в жизни играли в компьютерные игры, видели как на экране монитора бегают человечки, летают самолеты, мчатся гоночные машины. Никогда не задавали себе вопрос: как же получаются все эти картинки на экране? Вы хорошо знаете, что любую работу компьютер выполняет по определенным программам, которые обрабатывают определенную информацию. Монитор - это устройство вывода информации, хранящейся в памяти компьютера. Значит и эти картинки на экране - это отображение информации, находящейся в компьютерной памяти.

(слайд 2) Итак, раздел информатики, занимающийся проблемами создания и обработки на компьютере графических изображений, называется компьютерной графикой 

Определение: Компьютерная графика (также машинная графика) — область деятельности, в которой компьютеры наряду со специальным программным обеспечением используются в качестве инструмента, как для создания (синтеза) и редактирования изображений, так и для оцифровки визуальной информации, полученной из реального мира с целью дальнейшей её обработки и хранения.

(слайд 3) История компьютерной графики

Режим символьной печати

Первые компьютеры использовались лишь для решения научных   и производственных  задач.  Для того  чтобы  лучше  понять  полученные результаты, человек брал бумагу,  карандаши, линейки и другие чертежные  инструменты  и  чертил графики, диаграммы, чертежи рассчитанных конструкций. Иначе  говоря, человек вручную производил графическую обработку результатов вычислений.

Довольно быстро  возникла идея поручить  графическую обработку  самой  машине.  Представление данных  на  мониторе компьютера в графическом  виде впервые было реализовано  в середине 50-х годов для больших ЭВМ, применявшихся в научных и военных исследованиях. С тех пор графический способ отображения данных стал неотъемлемой частью  подавляющего числа компьютерных систем, в особенности персональных.

Первоначально  программисты   научились  получать  рисунки в режиме символьной печати.  На  бумажных  листах с  помощью символов  (звездочек, точек,  крестиков,  букв) получались  рисунки,  напоминающие  мозаику.  Так  печатались графики  функций, изображения течений  жидкостей  и газов, изображения электрических и магнитных полей.

С помощью символьной печати программисты умудрялись получать даже художественные изображения.

Графопостроители (плоттеры)

Затем появились специальные устройства для графического вывода на бумагу - графопостроители. С помощью такого устройства на лист бумаги чернильным пером наносятся графические изображения: графики, диаграммы, технические чертежи и прочее. Для управления графопостроителями стали создавать специальное программное обеспечение

Графические дисплеи

Настоящая  революция в компьютерной графике  произошла с появлением графических  дисплеев.  На экране графического дисплея стало возможным получать рисунки,  чертежи в таком же виде, как  на бумаге с помощью  карандашей,  красок,  чертежных инструментов.

Все типы персональных компьютеров  оснащены  графическими дисплеями. Поэтому машинная графика стала особенно популярна с распространением  персональных компьютеров, начиная с 80-х гг.

Благодаря  графическим   возможностям   ПК удалось  сделать этот  класс машин привлекательным для широкого круга  пользователей. Стали  появляться различные направления в компьютерной графике.

Графические пакеты

Приложения компьютерной графики очень разнообразны. Для каждого направления создается специальное программное обеспечение, которое называют графическими пакетами

(слайд 4) Рассмотрим области применения компьютерной графики

• Научная графика
• Деловая графика
• Конструкторская графика
• Иллюстративная графика
• Художественная и рекламная графика
• Компьютерная анимация

(слайд 5)  Научная графика

Это направление появилось самым первым. Назначение – визуализация объектов научных исследований, графическая обработка результатов расчетов, проведение вычислительных экспериментов с наглядным представлением их результатов

(слайд 6) Деловая графика

Эта  область компьютерной графики предназначена для создания иллюстраций, часто используемых в работе различных учреждений. Плановые показатели, отчетная докумен- тация, статистические  сводки — это объекты,  для которых  с  помощью деловой  графики  создаются иллюстративные  материалы. Программные  средства  деловой   графики   обычно   включаются в состав табличных процессоров.

(слайд 7) Конструкторская графика

Используется в работе инженеров- конструкторов, изобретателей  новой техники.  Этот вид ком- пьютерной   графики  является  обязательным элементом  систем автоматизации  проектирования  (САПР). Графика   в  сочетании с  расчетами позволяет проводить в наглядной форме поиск оптимальной  конструкции, наиболее   удачной  компоновки   деталей, прогнозировать последствия, к которым могут  привести измене- ния в конструкции. Средствами конструкторской графики можно получать как проекции и сечения, так и пространственные, трехмерные изображения.

(слайд 8) Иллюстративная графика

Программные  средства  иллюстративной графики позволяют человеку использовать компьютер для произвольного рисования,  черчения,  подобно  тому,  как  он  это делает  на бумаге с помощью  карандашей, кисточек, красок,  циркулей,  линеек и других инструментов.  Пакеты иллюстративной графики  не имеют какой-то  производственной направленности, поэтому  они относятся к  прикладному программному  обеспечению общего назначения. Простейшие программные  средства иллюстративной графики называются графическими редакторами.

(слайд 9) Художественная и рекламная графика

Это сравнительно новая отрасль, но уже ставшая популярной. С помощью  компьютера создаются  рекламные ролики, мультфильмы,  компьютерные игры,  видеоролики,  видеопрезентации и многое другое. Графические  пакеты  для этих  целей требуют  больших ресурсов компьютера  по быстродействию  и памяти.  Отличительной особенностью  этого класса графических пакетов является возможность создания  реалистических  изображений,  а  также  «движущихся картинок».
Получение рисунков трехмерных объектов, их повороты,  при- ближения, удаления, деформации — все это связано с геометрическими расчетами. Передача освещенности  объекта в зависимости от положения источников света, от расположения теней, фактуры поверхности  требует расчетов,  учитывающих  законы  оптики.

(слайд 10) Компьютерная анимация

Это получение движущихся изображений на мониторе компьютера. Слово "анимация" означает "оживление".  в недавнем прошлом художники-мультипликаторы создавали свои фильмы вручную. Чтобы передать движение, им приходилось делать тысячи рисунков, отличающихся друг от друга небольшими изменениями. Затем эти рисунки переснимались на кинопленку. Система компьютерной анимации берет значительную часть рутинной работы на себя. Например, художник может создать на экране рисунки лишь начального и конечного состояния движущегося объекта, а все остальное рассчитает и изобразит компьютер. Полученные рисунки, выводимые последовательно на экран с определенной частотой, создают иллюзию движения.

Принципы представления изображения

(слайд 11) В компьютерной графике существуют два различных подхода к представлению графической информации. Они называются соответственно растровым и векторным. Суть растрового изображения  в том, что всякое изображение рассматривается как совокупность точек разного цвета. Векторный подход рассматривает изображение как совокупность простых элементов: прямых линии, дуг, окружностей, эллипсов, прямоугольников, закрасок и пр., которые называются графическими примитивами.  

(слайд 12) Положение и форма графических примитивов задаются в системе графических координат, связанных с экраном. Обычно начало координат расположено в верхнем левом углу экрана.

Сетка пикселей совпадает с координатной сеткой. Горизонтальная ось X направлена слева направо; вертикальная ось Y — сверху вниз.

Отрезок прямой линии однозначно определяется указанием координат его концов; окружность — координатами центра и радиусом; многоугольник — координатами его вершин; закрашенная область — граничной линией и цветом закраски и пр.

Для примера возьмем «маленький монитор» с растровой сеткой размером 10x10 и черно-белым изображением. Одна клетка соответствует пикселю. Рассмотрим изображение буквы «К». Для кодирования изображения в растровой форме на таком экране требуется 100 битов. Тогда растровый код будет представлен в виде битовой матрицы, где «1» обозначает закрашенный пиксель, а «0» - незакрашенный.

(слайд 13) В векторном представлении буква «К» - это три линии. Всякая линия описывается указанием координат ее концов.

Для цветного изображения кроме координат указывается еще один параметр — цвет линии.

Для создания рисунков на компьютере используются графические редакторы. Графические редакторы бывают растровыми и векторными.

(слайд 14) Графическая информация о рисунках, созданных с помощью редактора, сохраняется в файлах на диске. Существуют разнообразные форматы графических файлов. Их также можно разделить на растровые и векторные форматы.

Растровые графические файлы хранят информацию о цвете каждого пикселя изображения на экране.

В графических файлах векторного формата содержатся описания графических примитивов, составляющих рисунок.

Растровые графические редакторы называют программами «картинного стиля», поскольку в них есть инструменты, которые используют художники при рисовании картин: «кисти», «краски», «ластики» и др. При создании растрового изображения пользователь словно водит кистью по «электронному полотну», закрашивая каждый пиксель рисунка, или стирает закраску пикселей, используя «ластик».

При вводе изображений с помощью сканера (фотографий, рисунков, документов) также формируются графические файлы растрового формата.

Основное достоинство растровой графики состоит в том, что при высокой разрешающей способности монитора растровое изображение может иметь фотографическое качество.

Основной недостаток - большой размер графических файлов. Простые растровые картинки занимают несколько десятков или сотен килобайтов. Реалистические изображения, полученные с помощью сканеров с высокой разрешающей способностью, могут занимать несколько мегабайтов.

Еще одним недостатком растровых изображений является их искажение, возникающее при изменении размеров, вращении и других преобразованиях. Картинка, которая прекрасно выглядела при одном размере, после масштабирования или вращения может потерять свою привлекательность.

Векторные изображения получаются с помощью графических редакторов векторного типа.

Эти пакеты предоставляют в распоряжение пользователя набор инструментов и команд, с помощью которых создаются рисунки. Прямые линии, окружности, эллипсы и дуги являются основными компонентами векторных изображений.

Одновременно с процессом рисования специальное программное обеспечение формирует описания графических примитивов, из которых строится рисунок. Эти описания сохраняются в графическом файле.

Достоинством векторной графики является малый объем файла. Рисунки, состоящие из тысяч примитивов, занимают дисковую память, объем которой не превышает нескольких сотен килобайтов. Аналогичный растровый рисунок требует в 10 – 1000 раз большую память.

Векторные изображения легко масштабируются без потери качества.

Недостатки: нет фотографического изображения, могут искажаться при печати.

(учащиеся записывают таблицу из презентации в тетрадь)

4. Перемена – 5 минут

5.Изложение нового материала

(Слайд 15) Понятие растровая графика

Основным (наименьшим) элементом растрового изображения является точка. Если изображение экранное, то эта точка называется пикселом. Каждый пиксел растрового изображения имеет свойства: размещение и цвет. Чем больше количество пикселей и чем меньше их размеры, тем лучше выглядит изображение. Большие объемы данных - это основная проблема при использовании растровых изображений. Для активных работ с большеразмерными иллюстрациями типа журнальной полосы требуются компьютеры с исключительно большими размерами оперативной памяти (128 Мбайт и более). Разумеется, такие компьютеры должны иметь и высокопроизводительные процессоры.

(Слайд 16) Достоинства растровой графики:

1. Возможность воспроизведения изображений любого уровня сложности. Количество деталей, воспроизводимых на изображении во многом зависит от количества пикселов.
2. Точная передача цветовых переходов.
3. Наличие множества программ для отображения и редактирования растровой графики. Абсолютное большинство программ поддерживают одинаковые форматы файлов растровой графики. Растровое представление, пожалуй, самый «старый» способ хранения цифровых изображений.

(Слайд 17) Недостатки растровой графики

1. Большой размер файла. Фактически для каждого пиксела приходится хранить информацию о его координатах и цвете.
2. Невозможность масштабирования (в часности, увеличения) изображения без потери качества.

(Слайд 18) Форматы растровой графики

Не смотря на кажущуюся простоту представления растровой графики, ее форматов существует «вагон и маленькая тележка»! И их количество продолжает меняться — какие-то форматы устаревают, какие-то только начинают разрабатываться. Описывать все — долго и не интересно, я опишу только те, которые, на мой взгляд, могут быть интересны дизайнерам и фотостокерам.

GIF(Graphics Interchange Format) если не самый популярный, то уж точно второй по популярности формат растровой графики, используемый для публикации изображений в WEB. Хотя некоторые называют его «устаревшим», альтернативы ему пока нет. Дело в том, что это фактически единственный растровый формат графики, поддерживающий анимацию. На данный момент, на сколько мне известно, существует еще 2 формата с анимацией — MNG и APNG, которые, вероятно и заменят GIF, но пока их поддерживают далеко не все браузеры и графические редакторы.

Преимущества формата GIF:

1. небольшой размер изображения
2. поддержка прозрачности
3. возможность создания покадровой анимации

К недостаткам можно отнести маленькое количество возможных цветов (до 256) и отсутствие передачи полупрозрачности. GIF сейчас широко используется для создания анимированных рекламных банеров.

PNG(Portable Network Graphics) — еще один формат растровой графики, поддерживающий прозрачность, причем не только обычную прозрачность, как GIF, но и полупрозрачность — плавный переход цвета в прозрачную область. Целью создания PNG как раз и была замена GIF, так как компания CompuServe — разработчик формата GIF в 1995 году на 10 лет запатентовала алгоритм сжатия, использованный при создании gif-картинок, что делало невозможным бесплатное использование данного формата в коммерческих проектах.

Преимущества PNG:

1. Возможность создания полноцветного изображения с цветовыми переходами и полутонами.
2. Сохранение графической информации при помощи алгоритма сжатия без потерь.
3. Возможность использования альфа-каналов, то есть, попросту говоря, прозрачности и, более того — полупрозрачности, что позволяет создавать плавные переходы цвета в прозрачную область.

Недостатка у PNG, на мой взгляд, всего 2:

1. Невозможность создания анимированного изображения
2. Неоднозначное «понимание» прозрачности формата PNG интернет-браузерами. Некоторые браузеры, в основном устаревшие версии, отказываются отображать прозрачные области изображения формата PNG и закрашивают их серым цветом. Но этот недостаток, я думаю, скоро перестанет быть актуальным.

TIFF(Tagged Image File Format) — формат для хранения изображений высокого качества, поддерживает любые из существующих цветовые модели, обеспечивает широкий диапазон изменения глубины цвета, поддерживает работу со слоями. Хранение информации в формате TIFF возможно как с потерями, так и без потерь. Фотокамеры, не поддерживающие RAW-формат иногда могут делать снимки в формате TIFF.

На фотобанки, у которых есть возможность загружать дополнительные форматы к основному изображению в формате JPEG (Dreamstime.com, iStock.com) в качестве дополнительного можно загружать TIFF.

Недостатком формата является большой вес файла, гораздо бОльший, нежели файл RAW-формата такого же качества — каждый снимок в TIFF весит от 8 до 20Мб.

RAW(в переводе с английского «raw» — сырой)

Формат RAW появился благодаря цифровым фотоаппаратам. RAW — это по-сути «отпечаток», который остается на матрице фотоаппарата в момент съемки, а точнее целых 3 отпечатка — в красном, зеленом и синем цветах. Кроме этих отпечатком в RAW-файле хранятся и некоторые другие данные, которые в подобном случае носят скорее справочный характер, диктующие RAW-конвертеру с какой интерсивностью отразить на экране каждый из цветных каналов для разных пикселов — это балланс белого, цветовое пространство и т.д. Изменение этих параметров никак не отразится на исходной информации, вы можете их безболезненно изменить и в любой момент вернуться к первоначальному виду. С полученным в результате экспорта другим растровым форматом работать будет уже гораздо проблематичнее. Расширения у файлов в формате RAW могут быть разные (.cr2,.crw,.nef и т.д.) в зависимости от марки фотоаппарата — у каждого производителя камер свой способ хранения информации. Для редактирования RAW-файлов и преобразования их в другие растровые форматы производители камер поставляют свой собственный софт и при этом RAW-конвертер фирмы Canon будет читать только RAW-файлы снятые фотоаппаратами Canon (.cr2,.crw) и не сможет прочитать RAW-файл снятый фотоаппаратом Nikon (.nef). Существуют RAW-конвертеры сторонних производителей, которые работают с большинством RAW-файлов. В общем, отсутствие единого стандарта создает определенные неудобства при работе с этим форматом.

Недостатками формата являются большой размер файла (хотя и не такой большой, как TIFF) и отсутствие единого стандарта формирования RAW-файлов для всех производителе й фототехники.

RAW как и TIFF можно отправлять на фотобанки в качестве «дополнительного» формата изображения — наличие исходникаможет повлиять на решение дизайнера о покупке изображния.

JPEG (Joint Photographic Experts Group — название разработчика) — самый распространенный формат растровой графики (по крайней мере — в Интернете). JPEG — пример использования алгоритмов сжатия «с потерями» или, по-другому, «искажающего сжатия», он наиболее подходит для хранения картин, фотографий и других реалистичных изображений с плавными цветовыми переходами, но зато практически не пригоден для чертежей и схем, то есть для изображений с резкими переходами — алгоритм сжатия будет образовывать заметные артефакты в местах резкого контраста.

Не рекомендуется хранить в этом формате промежуточные варианты работы — каждое «пересохранение» будет вести к необратимой потере части информации. Алгоритм сжатия, используемый в этом формате (lossy compress) основан на «усреднении» цвета рядом стоящих пикселов.

JPEG не поддерживает работу с альфа-каналами, то есть не может содержать прозрачные пикселы, но позволяет сохранить в файле обтравочный контур, что в случае работы с фотобанками нужно обязательно отметить в описании, наличие обтравочного контура (если вы его, конечно, сделали и знаете что это такое) — это важная информация для покупателя изображения.

Формат JPEG — так же основной формат, в котором фотобанки принимают растровые изображения(фотографии и иллюстрации) для продажи. Сохранять конечный вариант файла, отправляемый на микросток, нужно в цветовой модели RGB, разрешением 300dpi и, конечно, в 100%-м качестве. Так же можно вписать в файл IPTC-информацию (название, описание, ключевые слова) — формат JPEG позволяет это сделать и это значительно сэкономит вам время при отправке изображений на несколько фотобанков.

Кроме общих форматов растровой графики (GIF, JPEG, TIFF и др.), которые «читаются» всеми графическими редакторами и просмотровщиками изображений, существуют «родные» форматы почти каждого редактора, которые можно открыть только программой, в которой они были сделаны, например, формат.PSD программы Adobe Photoshop. При обработке фотографий, растровых иллюстраций и разработке дизайна, промежуточные варианты следует сохранять в таких форматах и только финальные версии переводить JPEG. Это нужно для того, чтобы можно было сохранять результаты работы без потери информации и в любой момент внести изменения в изображение или проект.

6. Закрепление материала:

1. Что такое графические примитивы?

2. Какой способ представления графической информации экономнее по использованию памяти?

3. Для чего производится сжатие файлов растрового типа?

4. Как реагируют растровые и векторные изображения на изменение размеров, вращения?

5. Какие вы знаете форматы растровой графики?

7. Подведение итогов урока. Рефлексия

Что нового вы узнали? Что вам понравилось ? Где вы можете применить полученные знания?

(Студенты отвечают на вопросы и делают следующие выводы: Сегодня на лекции мы узнали, что существует два вида компьютерной графики: растровая и векторная. Узнали, что существуют специальные форматы растровых изображений.. Нам сегодня понравилось… Мы можем применить новые знания для создания графических изображений …)

8. Домашнее задание.

1.Конспект лекции

2. Параграф 7.1.1  стр. 304, 7.1.2 – стр. 307 Учебник «Информатика и информационные технологии» для 10-11 классов Н.Угринович, М.БИНОМ Лаборатория знаний, 2007.